介绍了一种结合多种技术的方法,以最大限度地从小鼠组织中收集数据。
介绍了一种结合多种技术的方法,以最大限度地从小鼠组织中收集数据。
超越单个基因功能、更深入地研究基因调控网络,需要将多个突变组合于同一个动物体内。对两个或更多基因的此类分析必须辅以 原位 对其他基因进行杂交,或对其蛋白质进行免疫组织化学分析,可在整体安装的发育器官或切片中进行,以详细解析细胞和组织表达的变化。结合多种基因修饰需要使用 cre 或 flipase 系统进行条件性基因删除,以避免胚胎致死。所需的繁育方案会随着突变基因数量的增加而显著提高工作量和成本,最终获得具有全套目标遗传修饰的动物数量极少。为获得这些携带多重突变的珍贵样本所投入的巨大时间和精力,要求必须优化组织处理流程。此外,利用多种技术对单个动物进行研究,有助于将基因删除引起的缺陷与表达谱更紧密地关联起来。我们已开发出一种技术,可对单个动物进行更全面的分析,能够从同一标本中——无论是整体安装的器官还是切片——同时分析多种在组织学上可识别的结构以及基因和蛋白的表达。尽管本技术的有效性已在小鼠中得到验证,但其可广泛应用于多种动物。为此,我们结合了脂溶性染料示踪与整体安装 原位 杂交、免疫组织化学和组织学,以提取尽可能多的数据。
1. 脂溶性染料注射
组织制备:
所有组织解剖与操作均在经4%多聚甲醛(PFA)溶于0.1 M磷酸盐缓冲液(pH 7.4)中通过心内灌流固定后的动物上进行,灌流使用蠕动泵及适当尺寸的针头完成。组织可在4% PFA中于冰箱内保存长达6个月。所有制备与操作过程均在0.4%或更高浓度的PFA中进行,直至以甘油封片用于成像。该浓度的PFA可有效灭活RNase并保存RNA 原位 杂交。
染料储存:
所有染料均应储存在阴暗密闭的容器中,以尽量减少空气流通和暴露于强光下,因为染料具有光敏性。为避免交叉污染,应使用单独的一套仪器操作每一种染料。

图1. 实验示意图。 暴露耳部以清晰观察所有结构。随后注射脂溶性染料并使其扩散。染料扩散后,不同神经元群体可被不同染料标记并清晰可见。接下来, 原位 杂交(Sox2)在耳组织上进行,用于标记mRNA表达。随后进行免疫组织化学染色(Myo7、Tubulin),以可视化蛋白质表达。接着进行组织学切片,同时检测两者 原位 可观察到杂交和免疫组织化学结果。
2. 原位 杂交
如果您希望从以下内容开始 原位 杂交(此后将无法使用脂溶性染料进行示踪),请参见第1部分中的组织制备。每次洗涤,除非另有说明,均在室温下使用2 mL溶液在翻转混合器上进行。务必在洁净、无RNase的环境中操作。
| 表 1. 蛋白酶 K 对小鼠组织的消化时间 | |
| 年龄(胚胎天数) | 时间(分钟) |
| E8.5 | 6 |
| E9.5 | 10 |
| E10.5 | 13 |
| E11.5 | 15 |
| E12.5 | 17 |
| E14.5 | 18 |
| E16.5+ | 20+ |
*此阶段以及免疫组织化学步骤完成后(如下第3部分),均可对样本进行成像。
溶液:
3. 免疫组织化学
如果已完成第2部分,则可以省略步骤1和步骤2。在此情况下,务必彻底清洗掉所有甘油或其他封片介质。请注意,并非所有抗体在蛋白酶K消化后仍能识别其表位。我们列出了可与此方法联合使用的抗体清单,如下: 原位 杂交在哺乳动物组织中具有特异性(见表2)。
溶液
| 表2. 可用于蛋白酶K消化组织的抗体。 | ||
| 货号 | 产品名称 | 供应商 |
| 25-6790 | Anti-Myosin-VIIA Polyclonal | Proteus Biosciences |
| 25-6791 | Anti-Myosin-VI Polyclonal | Proteus Biosciences |
| 9661 | Cleaved Caspase-3 Polyclonal | Cell Signaling |
| T7451 | Anti-Acetylated Tubulin Monoclonal | Sigma |
| PRB-238C | Prox1 polyclonal | Covance |
4. 组织学
可在第1部分之后引入组织学方法,以提高厚的整体封片(如幼体脑组织)中脂溶性染料示踪的分辨率,也可在完成第2或第3部分后进行。对于连续脑切片,我们推荐使用 Compresstome VF-700 切片机(Precisionary Instruments Inc.,美国北卡罗来纳州格林维尔)以获得均匀的切片厚度。由于切片过程中染料更容易渗漏,冷冻切片效果较差3。当整体封片或表面封片无法充分显示目标组织区域时,制备连续切片并以甘油封片4是首选的组织处理方法。组织还可进一步包埋于环氧树脂中,使用玻璃或钻石刀具进行超薄切片(厚度为1-2 μm),用于透射电镜观察。采用该技术时,大多数免疫荧光信号仍可保留,且在塑料包埋后更加稳定;然而,所有脂溶性示踪剂在此阶段将完全丢失,因其可溶于酒精和环氧树脂。需注意样品在包埋前对光敏感,应采取避光防护措施。
进行 Compresstome VF-700 切片机切片时,请遵循 Precisionary Instruments Inc. 的建议。
环氧树脂包埋/切片:
溶液
5. 代表性结果

图2. 脂溶性染料在小鼠胚胎中的定位与成像。 注入三种不同波长的脂溶性染料并进行孵育,以可视化三叉神经(TN)、舌咽神经(GN)和迷走神经(VN)的中枢投射。A)将脂溶性染料注入三个脑神经的周围部分,使其扩散至脑干,从而可视化其中枢突起。TN 使用 NeuroVue Red 标记,GN 使用 NeuroVue Maroon 标记,VN 使用 NeuroVue Jade 标记。B)与(A)为同一只小鼠,孵育后结果。通过明场显微镜可观察到部分扩散现象。C)与(A)和(B)为同一只小鼠。后脑已解剖并平铺装片。通过明场显微镜可观察到三个标记神经中枢突起的部分染色。D)C 图的共聚焦图像。利用共聚焦显微镜可观察到特异性神经元,且使用三种不同染料可评估各神经元群彼此之间的分布关系。染料依次成像:NeuroVue Jade 的激发波长为 488 nm,发射波长为 500–550 nm;NeuroVue Red 的激发波长为 535 nm,发射波长为 550–600 nm;NeuroVue Maroon 的激发波长为 643 nm,发射波长为 650–700 nm。

图3. 实验流程示意图。暴露耳部结构以实现所有结构的可视化。随后注射脂溶性染料并使其扩散。染料扩散后,不同神经元群体可被不同染料标记而清晰可见。接着对耳部进行原位杂交(sox2),以标记mRNA表达。然后进行免疫组织化学染色(Myo7、Tubulin),以可视化蛋白质表达。最后制备组织学切片,可在其中同时观察原位杂交和免疫组织化学结果。
在本视频中,我们展示了一种结合四种技术的方法,通过在同一只动物体内关联数据(图3),以最大化数据采集量和整体一致性。该方法将减少繁育所需数量,从而缩短获得可发表数据所需的时间,同时提升对突变体共定位及关联效应的信息获取。尽管本视频使用小鼠胚胎进行实验,但这些技术同样适用于成年小鼠以及其他动物,如鸡、非洲爪蟾和斑马鱼。当使用其他物种时,蛋白酶K消化步骤可能需要调整。本实验中,我们采用不同荧光的NeuroVue染料,特异性标记最多三种目标神经元群体。这些染料的优势在于可用于突变小鼠,而仅依赖免疫组织化学时可能会因待分析突变的影响导致染色失败或不稳定;此外,这些染料可实现神经元的逆行和顺行标记。 5最近一项研究还将可同时标记的神经元群体数量增加到了六个 2随后,可使用脂溶性染料对相同的目标组织进行示踪分析 原位 杂交用于基因转录分析,随后可通过免疫组织化学分析蛋白质分布。后者可结合详细的组织学分析,以进一步完善表型特征的鉴定。 6这种多因素分析有望通过对同一只动物进行相关性分析,获得新的见解,而这些见解若通过其他方法可能难以实现,或至少需要更复杂的实验方案和小鼠繁育过程。
小鼠组织的采集严格遵循爱荷华大学机构动物护理和使用委员会(ACURF 0804066)制定的指南和规定。
共聚焦图像在爱荷华大学卡弗影像中心获得。本研究由美国小企业创新研究计划(SBIR)基金(MH079805)向 B.F. 提供资助。本项目小鼠繁育的额外支持由美国国家耳聋及其他沟通障碍研究所(NIDCD)(5R01DC00559007)向 B.F. 提供。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 原位 杂交: | |||
| PC DIG 洗涤 + 封闭缓冲液套装 | Roche Group | 1585762 | |
| 预混 20x SSC 缓冲液 | Roche Group | 1666681 | |
| 蛋白酶 K 20mg/ml | Ambion | AM2546 | |
| 焦碳酸二乙酯 (DEPC) | Research Products International Corp. | D43060 | |
| 甲酰胺 | Sigma-Aldrich | F9037 | |
| 硫酸葡聚糖 | Research Products International Corp. | D20020 | |
| BM Purple | Roche Group | 11442074001 | |
| 抗-地高辛-碱性磷酸酶 Fab 片段 | Roche Group | 11093274910 | |
| RNase A 酶 10mg/ml | Fermentas | EN0531 | |
| RNase Away | Research Products International Corp. | 7003 | |
| 鲑鱼精 DNA 10mg/ml | Invitrogen | 15632-011 | |
| Stericup 滤器单元 0.22μm;500ml | EMD Millipore | SCGVU05RE | |
| 滤纸圆片 0.2μm;25mm | Whatman, GE Healthcare | 6780-2502 | |
| 磷酸盐缓冲液 (PBS),pH 7.4,粉剂包装 | Sigma-Aldrich | P-5368 | |
| 免疫组织化学: | |||
| 山羊血清 | Sigma-Aldrich | G9023 | |
| 吐温 X-100 | Sigma-Aldrich | T8532 | |
| H–chst 染料 | Polysciences, Inc. | 9460 | |
| 组织学: | |||
| Poly/Bed 812 包埋介质/DMP-30 试剂盒 | Polysciences, Inc. | 08792-1 | |
| 环氧丙烷 | Sigma-Aldrich | 110205 | |
| 戊二醛溶液 50% | Fisher Scientific | G151 | |
| DPX 封片剂 | Fluka | 44581 | |
| 摇床 | MidSci | 55D1114 | |
| 加热块 | Fisher Scientific | 11-715-125D | |
| 旋转混合仪 | Thermo Fisher Scientific, Inc. | 400110Q | |
| 设定为 60°C 的培养箱 | Fisher Scientific | 11-690-625D | |
| 染料示踪: | |||
| 显微剪刀 | Geuder | G-19775 | |
| 精细镊子 | E.M.S | 72680-F | |
| NeuroVue 染料:栗色、红色、翠绿色 | MTTI | FS-100(1,2,6) | |
| 1X 磷酸盐缓冲液 (PBS) | Sigma-Aldrich | P-5368 | |
| 解剖显微镜 | Leica Microsystems | M205 FA | |
| 设定为 36°C 的培养箱 | Fisher Scientific | 11-690-506DQ | |
| 共聚焦显微镜 | Leica Microsystems | LSM 510 | |
| 载玻片 | Surgipath | 00240 | |
| 盖玻片 | Surgipath | 00106 | |
| RPI | 甘油 | G22025-0.5 | |
| 多聚甲醛 (4% 和 0.4%) | Fisher Scientific | T353-500 |